海洋視圖軟件（ODV）關鍵技術及應用

王文芳，李薛，黃雄杰，袁希杭，付東洋，張瑩，欒虹，蔣城飛

（廣東海洋大學海洋遙感與信息技術實驗室，湛江　524088）

海洋視圖軟件（ODV）關鍵技術及應用

王文芳，李薛，黃雄杰，袁希杭，付東洋，張瑩，欒虹，蔣城飛

（廣東海洋大學海洋遙感與信息技術實驗室，湛江524088）

0　引言

ODV是由德國Alfred Wegener研究所(AWI)研發的一款對海洋數據處理、分析和繪圖的專業免費共享軟件。可隨時從網站（http://odv.awi.de/）上下載，后續版本不斷更新中。ODV是可用于交互式勘探以及對海洋和其他地理參數剖面、軌跡或時間序列數據進行繪圖的計算機軟件。可適用于Windows,Mac OS X,Linux和Unix系統，并且ODV數據和設置文件與平臺無關，可以在所有系統之間轉換[1]。同時可對航次數據、浮標數據及Argo數據、衛星遙感數據（netCDF）等進行分析處理，并能夠將不同數據可視化。ODV可以繪制出高質量的站位圖、散點圖、斷面分布圖、大面分布圖、目標區域時序變化圖等，且具有靈活性高、功能強大、界面便捷、操作簡單和繪圖精美的特點。因而可以全面地為海洋科學工作者提供強大的數據可視化、分析和繪圖的平臺，極大地提高了海洋科學工作者的工作效率。

1　數據來源

（1）來自太平洋綜合項目，PACIFICA(PACIFic ocean Interior CArbon)是一個關于建立海洋內部碳交換和太平洋相關參數數據集的國際合作項目，這個項目是由PICES（The North Pacific Marine Science Organization）和S-CC（Section on Carbon and Climate）資助。數據集共有306個站位分布太平洋（http://cdiac.ornl.gov/ oceans/，http://odv.awi.de/）[3]。

（2）本實驗室2013年8月開展的珠江口航次實測數據。

從NOAA的oceanwatch網站下載2012年全球平均海溫和2010年太平洋區平均鹽度的netCDF遙感數據。http://oceanwatch.pifsc.noaa.gov。

2　ODV的使用操作

對數據進行預處理后，導入ODV產生數據集。ODV具有五種功能模式：Map（地圖）、Station（站點圖）、Scatter（散點圖）、Section（斷面圖）、Surface（平面圖）。根據自己研究需要進行選擇繪圖。

由于不同海洋儀器公司使用的都是各自開發的數據存儲軟件，其格式不具備統一性；同時，海上或實驗室的觀測數據，其存儲格式往往也不盡相同。因此在將數據導入ODV之前，應按下面步驟將原數據進行預處理，才能保證ODV建立正確的數據集。

（1）ODV可以自動識別航次、站位、數據類型、經度、緯度（CruiseStationTypeLongitudeLatitude）等固定類型數據，對數據預處理時可先用電子表格工具 (如Excel)標注所在列的數據標題，可供識別的固定參數要和ODV保持一致。

（2）除ODV可識別的固定參數外，其它需導入的變量數據應在每一列參數前加上一列1（標題命名為QF），ODV將自動識別后一列數據為變量參數。

（3）ODV不能直接識別Excel的數據類型，因此，在對數據預處理結束后，將格式轉化為（.txt）文檔格式進行保存，再用ODV直接讀取建立數據集。

圖1　Map圖示

Map圖可以繪制出高質量的站位和航次圖，如（圖1）。如圖1b所示，可以根據測站位置設定經緯度范圍進行顯示，還可根據需要添加海岸線和大陸水文信息。Map圖不展示任何的數據信息，只顯示站位航次信息，同時自帶高程和水深數據。在屬性（標注軟件的英文標題）窗口中進行基本的設置，如字體、顏色等。利用投影窗口選擇投影方式a.北極點正射投影、b.赤道正射投影、c.南極點正射投影、d.斜正射投影、e.Mollweide投影和f.Mercator投影（圖2）。使用者可以根據航次和站位的具體位置，調整Map圖的投影方式以及投影中心點的位置，使繪圖更加美觀（如圖1a:采用赤道正射投影，b采用Mercator投影）。

圖2　Map投影變換圖示

Station圖可以根據使用者的選擇展現地圖和1張或者多張數據窗口圖，從300多個站位中任意選擇7個站位出來、并選擇不同參數繪制出X/Y垂直分布圖如（圖3）。它與Map圖的最大差別在于：它可以一個或多窗口繪制參數間關系圖 （如圖3a、b、c、e、f、g）。同時該繪圖模式下可以繪制任意站位或單站位不同參數的X/Y垂直分布圖。當帶網格影響數據分布時可以利用屬性窗口中的Draw grid選項進行取消；每條分布線顏色等特征可以根據繪圖需要使用Pick List編輯器進行更改設置。利用Station圖模式可以輕松對比所需站位各參數之間的關系，對同一站位不同參數的變化或不同站位同一參數的改變進行觀察與分析，十分便捷。同時ODV還可以提供站位統計分析，可以以經度/緯度尺度、年際/日際尺度以及Map圖的站位密集尺度進行顯示，對于不熟悉的航次數據或需要對站位統計時可以很好地利用此功能，如圖4所示，a和b以經緯度方向上統計站位的分布，c和d以年日變化上統計站位分布，e顏色越紅的地方說明該區域站位多而密。

圖3　Station地圖和多張數據窗口圖

Scatter圖模式會在地圖上顯示所有站位當前的數據參數，從而對大數據集概觀提供了可能。Scatter圖對數據質量控制尤其有效，像所有后續處理，除了X和Y參數還支持Z參數(或反演參數)繪制點聚圖。Z參數在一個給定的X/Y點的實際值決定了X/Y位置數據點的顏色。同Section（斷面圖）和Surface（平面圖）模式一樣，Z參數顯示有兩種方式：①通過將彩色點或實際的數據值在X/Y位置（默認）。②作為連續區域網格化(網格差值法)對基本觀測數據進行評估,網格化區域可以進行彩色填充或繪制等值線。如圖5所示，Scatter圖和Station圖不同的是，Scatter圖在數據窗口顯示所有站位當前的數據參數且提供了Z參數顯示，a圖顯示所有站溫鹽深儀 （CTD：Conductance，Temperature，Depth）所測壓力和深度的關系，由于該儀器測深通過壓力傳感器計算分析獲得因此該圖顯現出極大的相關性。b、c、d、f和g圖都是在X/Y數據基礎上添加Z參數并進行彩色填充。c和d（X軸參數）實測的鹽度和溶解氧含量數據與b和f（CTD）數據分布一致，略有差異，對比明顯，數據有效。在此模式中可以清楚地看出三種參數分布的關系，極大地方便了數據分析。

圖4　站位統計分布

Section圖模式是繪制站位參數斷/剖面圖，支持Z參數圖示，同時可以顯示Scatter圖模式中的所有圖形類型。在地圖上根據研究的需要定義斷面（Define section），再根據所選站位進行剖面繪圖。如圖6和7所示，其中b為站位地圖，紅色區域的就是定義好的斷面，在a和c數據窗口中顯示。同時利用ODV自帶的區域網格化法 （三種模式：quick gridding、weight-aver-age gridding和DIVA gridding），一般選用默認weightaverage gridding法。再添加相應的等值線。從圖6c發現在20oN-50oN海面下1000-3000米處（藍色橢圓圈）有高營養鹽的水團，由此可以推測可能是由于冷暖水團交匯或由于艾克曼抽吸使得底層營養鹽抬升，同時可以對此處溫度數據進行分析，得出正確的結論。而從圖7a和c發現珠江口最外部相同區域同樣發現溫度和溶解氧高值區的異常區，需要進一步研究分析。采用Section圖模式利于快速發現斷面異常區，從而可以進行有針對性的研究。

圖5　Scatter地圖和多張數據窗口圖

圖6　Section地圖和剖面數據窗口圖（PACIFICA）

Surface圖模式可以繪制參數的平面分布圖，同時ODV支持參數3D（經度/緯度/深度）空間定義分布面(如透明度、溫度等平面),也可在特定參數分布面上顯示其它給定參數的分布特征。當經緯度指定為X/Y軸參數時，顯示為Z變量分布的地圖。其他分布圖也可以將X Surface圖對低值和高值區。利用Surface圖模式可顯示水層參數分布的不同，有利于科學統計、研究和分析。如圖8a、b、c，珠江口內三層水溫度較低，可能受大陸沖淡水影響較大；隨著遠離珠江口溫度升高。在上層水中和底層水都出現一個高值水團區。

圖7　Section地圖和剖面數據窗口圖（珠江口）

圖8　珠江口航次上中底層水溫Surface分布圖（G:高值區、D：低值區）

目前許多網站上的遙感數據產品格式都為網絡通用數據格式（即netCDF格式），研究人員經常通過不同的遙感數據產品來進行科學研究，為了清楚地了解數據的質量和所研究參數的分布，通常需要進行繪制專題圖，而ODV提供了簡單的繪圖方法，不需要編程也不需要繁瑣的繪圖操作，就可以繪制精美的參數分布圖，提高了工作效率和效益。利用ODV處理netCDF數據文件，分別繪制的遙感SST（圖9a）和鹽度（圖9b）分布圖。

3　結語

本文通過豐富的實例詳細分析了利用ODV工具繪制Map圖、站位圖（Station）、散點圖（Scatter）、斷面圖（Section）、平面圖（Surface）以及網絡通用數據格式的遙感圖的方法和關鍵技術，結果表明，ODV能對各類海洋數據進行廣泛的處理、分析和精美的繪圖，能準確地顯示觀測參數的時空分布特征以及時序性，可對后續的研究分析和信息捕捉提供極大的幫助。

圖9　NOAA-oceanwatch遙感海表溫度及鹽度分布圖

[1]Ocean Data View User's GuideVersion 4.7.0.March 13，2015.

[2]周雅靜,林建國.海洋數據視圖應用軟件—ODV[J].海洋技術,2002,02:41-43.

[3]Suzuki T,Ishii M,Aoyama M,et al.PACIFICA Data Synthesis Project[J].ORNL/CDIAC-159,NDP-092.Carbon Dioxide Information Analysis Center,Oak Ridge National Laboratory,US Department of Energy,Oak Ridge,Tennessee,USA.doi,2013,10:3334.

ODV;Software;Drawing;Marine Data

The Key Technologies and Applications of Ocean View Software（ODV）

WANG Wen-fang，LI Xue，HUANG Xiong-jie，YUAN Xi-hang，FU Dong-yang，ZHANG Ying，LUAN Hong，JIANG Cheng-fei
（Ocean Remote Sensing and Information Technology Laboratory,Guangdong Ocean University,Zhanjiang 524088）

1007-1423（2016）02-0020-06

10.3969/j.issn.1007-1423.2015.02.005

王文芳（1970-），女，河北徐水人，本科，工程師，研究方向為海洋水色遙感及信息技術應用

李薛（1991-），男，江蘇徐州人，在讀碩士研究生，研究方向為海洋遙水色感研究

黃雄杰（1993-），男，廣東揭陽人，本科在讀，研究方向為計算機軟件開發

袁希杭（1994-），男，四川劍閣人，在讀本科，研究方向為計算機軟件開發

付東洋（1969-），男，四川閬中人，教授，研究方向為海洋水色遙感

張瑩（1982-），女，吉林四平人，講師，研究方向為海洋水色遙感

欒虹（1990-），女，黑龍江雞西人，在讀研究生，研究方向為海洋水色遙感

蔣城飛（1990-），男，江蘇鹽城人，在讀研究生，研究方向為海洋水色遙感

2015-11-20

2015-12-20

海洋數據視圖軟件（ODV）是一款具有強大功能的海洋數據處理、分析和可視化軟件。介紹ODV軟件的基本功能和特征，并利用太平洋、珠江口近海實測站點數據以及衛星遙感數據（netCDF）分析ODV實現海洋數據的處理過程、剖析散點圖、斷面圖、平面圖等不同類圖繪制的關鍵技術和方法，以期對初學和使用ODV的科研人員提供參考和幫助。

ODV；海洋數據；可視化

國家海洋公益專項 （No.201305019）、廣東省自然科學基金 （No.2014A030313603）、廣東省科技計劃項目（No. 2013B030200002）、浙江省博士后基金（No.BSH1301015）、廣東海洋大學創新強校項目（No.GDOU2014050226）、廣東省攀登計劃項目（No.pdjh2015b0249）

Data View Ocean(ODV)is a marine data processing,analyzing and mapping software with powerful functions.Introduces the basic functions and features of ODV software,analyzes the processing and analysis of the data from in-situ data of the Pacific Ocean,the Pearl River Estuary of and the satellite remote sensing data(netCDF),with analyzing the key techniques and methods of the ODV implementation of ocean data processing to draw varies of patterns(Scatter;Section;Surface and so on).In order to provide reference and help to the beginners and the use of ODV's scientific researchers.